(57)【要約】【課題】高感度化および低ノイズ化を図ることが可能な赤外線センサを提供する。【解決手段】赤外線センサ１００は、半導体基板１の一表面側に形成された熱型赤外線検出部３と、半導体基板１において熱型赤外線検出部３の一部の直下に形成された空洞部１１とを備える。熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、支持部３ｄに連結され半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１を覆う薄膜構造部３ａと、複数の冷接点Ｔ２および複数の温接点Ｔ１を有するサーモパイル３０ａと、サーモパイル３０ａよりも赤外線吸収率の高い材料からなり薄膜構造部３ａに設けられた均熱層３ｈとを備える。赤外線センサ１００は、均熱層３ｈを薄膜構造部３ａの平面視における中央部に設け、中央部に設けた均熱層３ｈよりも薄膜構造部３ａにおける支持部３ｄとの連結部位に近い側に各温接点Ｔ１を設けてある。【選択図】図１
2013221768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に形成された熱型赤外線検出部と、前記半導体基板において前記熱型赤外線検出部の一部の直下に形成された空洞部とを備え、前記熱型赤外線検出部は、前記半導体基板の前記一表面側で前記空洞部の周部に形成された支持部と、前記支持部に連結され前記半導体基板の前記一表面側で前記空洞部を覆う薄膜構造部と、前記支持部に複数の冷接点が設けられ前記薄膜構造部に複数の温接点が設けられたサーモパイルと、前記サーモパイルよりも赤外線吸収率の高い材料からなり前記薄膜構造部に設けられた均熱層とを備え、前記均熱層を前記薄膜構造部の平面視における中央部に設け、前記中央部に設けた前記均熱層よりも前記薄膜構造部における前記支持部との連結部位に近い側に前記各温接点を設けてなることを特徴とする赤外線センサ。
【請求項２】
前記均熱層は、金黒膜もしくはアルマイトからなることを特徴とする請求項１記載の赤外線センサ。
【請求項３】
前記均熱層の表面には、赤外線の反射を抑制するための凹凸が設けられてなることを特徴とする請求項１又は２記載の赤外線センサ。
【請求項４】
前記均熱層を前記各温接点における前記薄膜構造部の前記中央部側とは反対側にも設け、前記薄膜構造部は、前記各均熱層からの熱を、前記各温接点が集中して設けられた領域へ流れやすくするための断熱用スリットが設けられてなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の赤外線センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、赤外線センサとして、図２３〜図２５に示した構成を有するものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
この赤外線センサ２００は、ベース基板２０１の一表面側に、感温部３０を有する熱型赤外線検出部３を備えている。ベース基板２０１は、シリコン基板２０１ａを用いて形成されている。感温部３０は、複数個のサーモパイル３０ａを直列接続することにより構成されている。
【０００４】
また、赤外線センサ２００は、ベース基板２０１に掘込部２１１が形成されており、ベース基板２０１の上記一表面側で平面視において掘込部２１１を覆う薄膜構造部３ａが形成されている。この薄膜構造部３ａは、ベース基板２０１における掘込部２１１の周部に支持されている。
【０００５】
なお、薄膜構造部３ａは、シリコン基板２０１ａの一表面側に形成されたシリコン酸化膜１ｂと、シリコン窒化膜３２と、感温部３０（図２４参照）と、層間絶縁膜５０と、パッシベーション膜６０との積層構造部をパターニングすることにより形成されている。
【０００６】
赤外線センサ２００は、掘込部２１１の形状が四角錐状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっている。そして、赤外線センサ２００は、薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１が集まるようにサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。サーモパイル３０ａの温接点Ｔ１は、ｎ形ポリシリコン層２３４とｐ形ポリシリコン層２３５とを、薄膜構造部３ａにおいて第１の接続金属部３６により接合することで形成されている。また、サーモパイル３０ａの冷接点Ｔ２は、ｎ形ポリシリコン層２３４とｐ形ポリシリコン層２３５とを、ベース基板２０１における掘込部２１１の周部において第２の接続金属部３７により接合することで形成されている。
【０００７】
上述の赤外線センサ２００は、平面視においてサーモパイル３０ａの複数の温接点Ｔ１が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜６０上に形成された熱伝導性材料からなる第１の均熱層７１を備えている。また、この赤外線センサ２００は、サーモパイル３０ａの複数の冷接点Ｔ２が集中して設けられた領域を覆う形でパッシベーション膜６０上に形成された熱伝導性材料からなる第２の均熱層７２を備えている。熱伝導性材料としては、Ａｌ−Ｓｉなどの金属材料が記載されている。また、この赤外線センサ２００は、薄膜構造部３ａにおいてサーモパイル３０ａを形成していない領域に、ｎ形ポリシリコン層からなる赤外線吸収層３９が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２４９７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の赤外線センサ２００は、薄膜構造部３ａの中央部に複数の温接点Ｔ１が集められているので、高感度化を図れる一方、温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２との間の距離が長くなって、サーモパイル３０ａの抵抗値が大きくなり、出力電圧におけるノイズが大きくなる傾向にあった。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、高感度化および低ノイズ化を図ることが可能な赤外線センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の赤外線センサは、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に形成された熱型赤外線検出部と、前記半導体基板において前記熱型赤外線検出部の一部の直下に形成された空洞部とを備え、前記熱型赤外線検出部は、前記半導体基板の前記一表面側で前記空洞部の周部に形成された支持部と、前記支持部に連結され前記半導体基板の前記一表面側で前記空洞部を覆う薄膜構造部と、前記支持部に複数の冷接点が設けられ前記薄膜構造部に複数の温接点が設けられたサーモパイルと、前記サーモパイルよりも赤外線吸収率の高い材料からなり前記薄膜構造部に設けられた均熱層とを備え、前記均熱層を前記薄膜構造部の平面視における中央部に設け、前記中央部に設けた前記均熱層よりも前記薄膜構造部における前記支持部との連結部位に近い側に前記各温接点を設けてなることを特徴とする。
【００１２】
この赤外線センサにおいて、前記均熱層は、金黒膜もしくはアルマイトからなることが好ましい。
【００１３】
この赤外線センサにおいて、前記均熱層の表面には、赤外線の反射を抑制するための凹凸が設けられてなることが好ましい。
【００１４】
この赤外線センサにおいて、前記均熱層を前記各温接点における前記薄膜構造部の前記中央部側とは反対側にも設け、前記薄膜構造部は、前記各均熱層からの熱を、前記各温接点が集中して設けられた領域へ流れやすくするための断熱用スリットが設けられてなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の赤外線センサにおいては、均熱層を薄膜構造部の平面視における中央部に設け、前記中央部に設けた前記均熱層よりも前記薄膜構造部における支持部との連結部位に近い側に各温接点を設けてあるので、高感度化および低ノイズ化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１の赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図２】実施形態１の赤外線センサの平面レイアウト図である。
【図３】実施形態１の赤外線センサの等価回路図である。
【図４】実施形態１の赤外線センサの要部等価回路図である。
【図５】実施形態１の赤外線センサの画素部の概略平面レイアウト図である。
【図６】実施形態１の赤外線センサの画素部の概略断面図である。
【図７】実施形態１の赤外線センサの画素部の要部平面レイアウト図である。
【図８】実施形態１の赤外線センサの画素部の要部平面レイアウト図である。
【図９】（ａ）は実施形態１の赤外線センサの冷接点を含む要部の平面レイアウト図、（ｂ）は実施形態１の赤外線センサの冷接点を含む要部の概略断面図である。
【図１０】（ａ）は実施形態１の赤外線センサの温接点を含む要部の平面レイアウト図、（ｂ）は実施形態１の赤外線センサの温接点を含む要部の概略断面図である。
【図１１】実施形態１の赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【図１２】（ａ）は実施形態１の赤外線センサの要部平面レイアウト図、（ｂ）は（ａ）のツェナダイオードの拡大図、（ｃ）はツェナダイオードの概略断面図である。
【図１３】実施形態１の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１４】実施形態１の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１５】実施形態１の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１６】実施形態１の赤外線センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１７】実施形態２における赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図１８】実施形態２の赤外線センサにおける熱の流れる経路の模式的な説明図である。
【図１９】実施形態１の赤外線センサにおける熱の流れる経路の模式的な説明図である。
【図２０】実施形態２の赤外線センサの他の構成例の要部概略断面図である。
【図２１】実施形態２の赤外線センサの更に他の構成例の要部概略断面図である。
【図２２】実施形態２の赤外線センサの別の構成例の要部概略断面図である。
【図２３】従来例の赤外線センサの画素部の要部の平面レイアウト図である。
【図２４】従来例の赤外線センサの画素部の平面レイアウト図である。
【図２５】従来例の赤外線センサの画素部の要部の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施形態１）
以下では、本実施形態の赤外線センサ１００について図１〜図１６に基づいて説明する。
【００１８】
赤外線センサ１００は、半導体基板１と、半導体基板１の一表面側に形成された熱型赤外線検出部３と、半導体基板１において熱型赤外線検出部３の一部の直下に形成された空洞部１１とを備えている。
【００１９】
熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、支持部３ｄに連結され半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１を覆う薄膜構造部３ａとを備えている。また、熱型赤外線検出部３は、支持部３ｄに複数の冷接点Ｔ２が設けられ薄膜構造部３ａに複数の温接点Ｔ１が設けられたサーモパイル３０ａと、サーモパイル３０ａよりも赤外線吸収率の高い材料からなり薄膜構造部３ａに設けられた均熱層３ｈとを備えている。
【００２０】
赤外線センサ１００は、均熱層３ｈを薄膜構造部３ａの平面視における中央部に設け、この中央部に設けた均熱層３ｈよりも薄膜構造部３ａにおける支持部３ｄとの連結部位に近い側に各温接点Ｔ１を設けてある。
【００２１】
以下、赤外線センサ１００の各構成要素について詳細に説明する。
【００２２】
赤外線センサ１００は、図２に示すように、ｉ×ｊ個（図示例では、８×８個）の画素部２が、半導体基板１の一表面側においてｉ行ｊ列（図示例では、８行８列）の２次元アレイ状に配置されている。なお、図示例では、ｉ＝８、ｊ＝８としてあるが、ｉ≧２、ｊ≧２であればよい。
【００２３】
画素部２は、図１、図３、図４および図６に示すように、赤外線による熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電変換部である感温部３０および感温部３０の出力電圧を取り出すためのＭＯＳトランジスタ４を具備している。
【００２４】
ＭＯＳトランジスタ４は、図６および図１１に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形のウェル領域４１内で、第２導電形のソース領域４４と第２導電形のドレイン領域４３とが離間して形成されている。ＭＯＳトランジスタ４は、ウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成している。図３には、第１導電形をｐ形、第２導電形をｎ形としてＭＯＳトランジスタ４をｎチャネルＭＯＳトランジスタとした場合の赤外線センサ１００の等価回路図を示してある。図３の等価回路図では、感温部３０を抵抗の図記号で表してある。
【００２５】
図１、図３および図６から分かるように、赤外線センサ１００は、各列のｊ個（８個）の画素部２の感温部３０の一端がＭＯＳトランジスタ４のソース領域４４−ドレイン領域４３を介して各列ごとに共通接続されたｊ個（８個）の第１の配線１０１を備えている。
【００２６】
また、赤外線センサ１００は、各行の感温部３０に対応するＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６が各行ごとに共通接続されたｉ個（８個）の第２の配線１０２を備えている。また、赤外線センサ１００は、各行のＭＯＳトランジスタ４のウェル領域４１が各列ごとに共通接続されたｊ個の第３の配線１０３と、各列のｉ個の感温部３０の他端が各列ごとに共通接続されたｊ個の第４の配線１０４とを備えている。
【００２７】
また、赤外線センサ１００は、第１の配線１０１が各別に接続された出力用のｊ個の第１のパッドＶout1〜Ｖout8と、第２の配線１０２が各別に接続された画素部選択用のｉ個の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8とを備えている。さらに、赤外線センサ１００は、各第３の配線１０３が共通接続された第３のパッドＶchと、第４の配線１０４が共通接続された基準バイアス用の第４のパッドＶrefinとを備えている。しかして、赤外線センサ１００は、全ての感温部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。赤外線センサ１００では、例えば、赤外線センサ１００を制御する機能を有するＩＣ素子によって、ＭＯＳトランジスタ４が順次、オン状態になるように各画素部２を選択するための第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位を制御することで、ＩＣ素子が、各画素部２の出力電圧を順次読み出すことができる。なお、各パッドＶout1〜Ｖout8、Ｖsel1〜Ｖsel8、Ｖch、Ｖrefinそれぞれについて区別する必要がない場合には、説明の便宜上、各パッドＶout1〜Ｖout8、Ｖsel1〜Ｖsel8、Ｖch、Ｖrefinのいずれも、パッド８０として説明する。
【００２８】
ここでは、第１のパッドＶout1〜Ｖout8の電位をＶout、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位をＶs、第３のパッドＶchの電位をＶwell、第４のパッドＶrefinの電位をＶrefとする。また、ここでは、感温部３０の出力電圧をＶo、チャネル形成用領域であるウェル領域４１とソース領域４４とで構成される第１の寄生ダイオードおよびウェル領域４１とドレイン領域４３とで構成される第２の寄生ダイオードのしきい値電圧をＶthとする。
【００２９】
ＩＣ素子は、ＭＯＳトランジスタ４がｎＭＯＳトランジスタである場合、第２の配線１０２に接続されたｉ個のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶonとする。また、ＩＣ素子は、第２の配線１０２に接続されたｉ個のＭＯＳトランジスタ４をオフ状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶoffとする。ＩＣ素子は、第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶsをＶonとしたときに、
−Ｖth＜｛Ｖwell−（Ｖref＋Ｖo）｝＜Ｖth
の関係を満たすように設定されたＶref、Ｖwellの条件で赤外線センサ１００を制御することが好ましい。
【００３０】
また、ＩＣ素子は、ＭＯＳトランジスタ４がｐＭＯＳトランジスタである場合、
−Ｖth＜｛（Ｖref＋Ｖo）−Ｖwell｝＜Ｖth
の関係を満たすように設定されたＶref、Ｖwellの条件で赤外線センサ１００を制御することが好ましい。
【００３１】
本実施形態の赤外線センサ１００では、半導体基板１として第２導電形のシリコン基板を用いており、第１の寄生ダイオードおよび第２の寄生ダイオードの逆方向のブレークダウン電圧が−１０Ｖ程度になる一方で、Ｖthが０．６Ｖ〜０．７Ｖ程度となる。したがって、赤外線センサ１００とＩＣ素子とを備えたセンサ装置では、ＩＣ素子が、例えば、第４のパッドＶrefの電位Ｖrefを１．２Ｖ、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖ、第２の配線１０２に接続されたｉ個のＭＯＳトランジスタ４をオン状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶｓであるＶonを５Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオンとなる。これにより、センサ装置は、ＩＣ素子が、赤外線センサ１００の第１のパッドＶout1〜Ｖout8から画素部２の出力電圧（Ｖref＋Ｖo）を読み出すことが可能となる。また、センサ装置は、ＩＣ素子が、第２の配線１０２に接続されたｉ個のＭＯＳトランジスタ４をオフ状態とする際の第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の電位ＶｓであるＶoffを０Ｖとすれば、ＭＯＳトランジスタ４がオフとなり、第１のパッドＶout1〜Ｖout8から画素部２の出力電圧は読み出されない。
【００３２】
また、赤外線センサ１００は、各ＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６・ソース電極４８間に過電圧が印加されるのを防止するために、複数のツェナダイオードＺＤ（図３、図４および図１２参照）を備えている。各ツェナダイオードＺＤは、各第２の配線１０２それぞれにカソードが接続されている。ツェナダイオードＺＤは、図１２に示すように、半導体基板１の上記一表面側に形成された第１導電形の第１拡散領域８１内に第２導電形の第２拡散領域８２が形成されたものである。そして、赤外線センサ１００は、各ツェナダイオードＺＤの第１拡散領域８１が共通接続された第５のパッドＶzdを備えている。ツェナダイオードＺＤは、図１２に示すように、第１拡散領域８１上にアノード電極８３が形成され、第２拡散領域８２上に２つのカソード電極８４ａ，８４ｂが形成されている。このツェナダイオードＺＤは、アノード電極８３が、第５のパッドＶzdと電気的に接続され、一方のカソード電極８４ａが、１つの第２の配線１０２を介して当該第２の配線１０２に接続されたＭＯＳトランジスタ４のゲート電極４６と電気的に接続され、他方のカソード電極８４ｂが、当該第２の配線１０２に接続された第２のパッドＶsel1〜Ｖsel8の１つと電気的に接続されている。
【００３３】
ここで、第５のパッドＶzdの電位をＶhogoとするとき、ＩＣ素子は、ＶhogoとＶwellとを異ならせることが好ましい。そして、ＩＣ素子は、例えば、上述のように、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖとする場合、第５のパッドＶzdの電位Ｖhogoを０Ｖとすることが好ましい。
【００３４】
また、赤外線センサ１００は、半導体基板１が接続された基板バイアス用の第６のパッドＶsuを備えている。ここで、第６のパッドＶsuの電位をＶsubとするとき、ＩＣ素子は、Ｖwell＝Ｖsubとすることが好ましい。すなわち、ＩＣ素子は、例えば、上述のように、第３のパッドＶchの電位Ｖwellを１．２Ｖとする場合、第６のパッドＶsuの電位Ｖsubを１．２Ｖとすることが好ましい。なお、図４の等価回路図には、ウェル領域４１と半導体基板１とで構成される第３の寄生ダイオードＤ３、第１拡散領域８１と半導体基板１とで構成される第４の寄生ダイオードＤ４も記載してある。また、第５のパッドＶzdおよび第６のパッドＶsuも、それぞれ、図２におけるパッド８０を構成しているので、説明の便宜上、区別する必要がない場合には、いずれも、パッド８０として説明する。
【００３５】
赤外線センサ１００は、感温部３０が埋設された熱型赤外線検出部３とＭＯＳトランジスタ４とを有する複数（ｉ×ｊ個）の画素部２が、半導体基板１の上記一表面側において２次元アレイ状に配置されている。ここで、半導体基板１の上記一表面は、Ｓｉ（１００）面としてある。感温部３０は、複数個（ここでは、６個）のサーモパイル３０ａ（図１参照）を直列接続することにより構成されている。
【００３６】
各画素部２の熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１（図６参照）に形成されている。また、各画素部２のＭＯＳトランジスタ４は、半導体基板１の上記一表面側においてＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２（図６参照）に形成されている。
【００３７】
ＭＯＳトランジスタ４は、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１が形成されている。また、ＭＯＳトランジスタ４は、ウェル領域４１内に、第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３と第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のソース領域４４とが離間して形成されている。さらに、ウェル領域４１内には、ドレイン領域４３とソース領域４４とを囲む第１導電形であるｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２が形成されている。
【００３８】
ウェル領域４１においてドレイン領域４３とソース領域４４との間に位置する部位の上には、ゲート絶縁膜４５を介してゲート電極４６が形成されている。ゲート絶縁膜４５は、シリコン酸化膜（熱酸化膜）により構成してあるが、これに限定するものではない。ゲート電極４６は、ｎ形ポリシリコン層（ｎ形多結晶シリコン層）により構成してあるが、これに限らず、例えば、ｎ形多結晶シリコンゲルマニウム層により構成してもよい。
【００３９】
また、ＭＯＳトランジスタ４は、ドレイン領域４３上に、ドレイン電極４７が形成され、ソース領域４４上に、ソース電極４８が形成されている。ドレイン電極４７およびソース電極４８の各々の材料としては、例えば、Ａｌ−Ｓｉを採用しているが、これ以外の金属や合金などを採用することもできる。
【００４０】
ゲート電極４６、ドレイン電極４７およびソース電極４８は、層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている。ドレイン電極４７は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｄを通してドレイン領域４３と電気的に接続されている。ソース電極４８は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｅを通してソース領域４４と電気的に接続されている。
【００４１】
赤外線センサ１００の各画素部２では、図１および図３に示すように、ＭＯＳトランジスタ４のソース電極４８と感温部３０の一端とが電気的に接続され、感温部３０の他端が第４の配線１０４に電気的に接続されている。また、各画素部２では、ＭＯＳトランジスタ４のドレイン電極４７が、第１の配線１０１と電気的に接続され、ゲート電極４６が、ｎ形ポリシリコン配線からなる第２の配線１０２と電気的に接続されている。また、各画素部２では、図６および図１１に示すように、ＭＯＳトランジスタ４のチャネルストッパ領域４２上に、電極４９が形成されている。これにより、ウェル領域４１は、チャネルストッパ領域４２および電極４９を介して、第３の配線１０３と電気的に接続されている。なお、電極４９は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ｆを通してチャネルストッパ領域４２と電気的に接続されている。電極４９の材料としては、例えば、Ａｌ−Ｓｉを採用しているが、これ以外の金属や合金などを採用することもできる。
【００４２】
赤外線センサ１００は、図１、図５および図６に示すように、半導体基板１の上記一表面側において熱型赤外線検出部３の一部の直下に空洞部１１が形成されている。熱型赤外線検出部３は、半導体基板１の上記一表面側で空洞部１１の周部に形成された支持部３ｄと、半導体基板１の上記一表面側で平面視において空洞部１１を覆う薄膜構造部３ａ（以下、第１の薄膜構造部３ａとも称する）とを備えている。第１の薄膜構造部３ａは、赤外線を吸収する赤外線吸収部３３を備えている。ここで、第１の薄膜構造部３ａは、空洞部１１の周方向に沿って並設され支持部３ｄに支持された複数の第２の薄膜構造部３ａａと、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ同士を連結する連結片３ｃ（図１参照）とを有している。なお、図１における熱型赤外線検出部３では、複数の線状のスリット１３を設けることにより、第１の薄膜構造部３ａが６つの第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。以下では、赤外線吸収部３３（第１の赤外線吸収部３３と称する）のうち第２の薄膜構造部３ａａそれぞれに対応して分割された各部位を第２の赤外線吸収部３３ａと称する。
【００４３】
熱型赤外線検出部３は、第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａが設けられている。ここで、サーモパイル３０ａは、温接点Ｔ１が、第２の薄膜構造部３ａａに設けられ、冷接点Ｔ２が、支持部３ｄに設けられている。要するに、温接点Ｔ１は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重なる領域に形成され、冷接点Ｔ２は、熱型赤外線検出部３において空洞部１１に重ならない領域に形成されている。
【００４４】
また、熱型赤外線検出部３の感温部３０は、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で、全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されている。図１における感温部３０は、６個のサーモパイル３０ａを直列接続してある。ただし、上述の接続関係は、複数個のサーモパイル３０ａの全てを直列接続する接続関係に限らない。例えば、赤外線センサ１００は、それぞれ３個のサーモパイル３０ａの直列回路を並列接続した感温部３０とすれば、６個のサーモパイル３０ａが並列接続されている場合や、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて、感度を高めることができる。しかも、このような赤外線センサ１００は、６個のサーモパイル３０ａの全てが直列接続されている場合の感温部３０に比べて、感温部３０の電気抵抗を低くできて熱雑音が低減されるから、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００４５】
熱型赤外線検出部３では、第２の薄膜構造部３ａａごとに、支持部３ｄと第２の赤外線吸収部３３ａとを連結する２つの平面視短冊状のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂが空洞部１１の周方向に離間して形成されている。これにより、赤外線センサ１００は、２つのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａとを空間的に分離し空洞部１１に連通する平面視Ｕ字状のスリット１４が形成されている。熱型赤外線検出部３のうち、平面視において第１の薄膜構造部３ａを囲む部位である支持部３ｄは、矩形枠状の形状となっている。なお、ブリッジ部３ｂｂは、上述の各スリット１３，１４により、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄそれぞれとの連結部位以外の部分が、第２の赤外線吸収部３３ａおよび支持部３ｄと空間的に分離されている。ここで、第２の薄膜構造部３ａａは、支持部３ｄからの延長方向の寸法を９３μｍ、この延長方向に直交する幅方向の寸法を７５μｍとし、各ブリッジ部３ｂｂの幅寸法を２３μｍ、各スリット１３，１４の幅を５μｍに設定してあるが、これらの値は一例であって特に限定するものではない。
【００４６】
第１の薄膜構造部３ａは、半導体基板１の上記一表面側に順次形成された熱酸化膜１ｂ、シリコン窒化膜３２と、層間絶縁膜５０およびパッシベーション膜６０を含む積層構造部をパターニングすることにより形成されている。層間絶縁膜５０は、ＢＰＳＧ膜により構成してある。パッシベーション膜６０は、ＰＳＧ膜と当該ＰＳＧ膜上に形成されたＮＳＧ膜との積層膜により構成してあるが、これに限らず、例えば、シリコン窒化膜により構成してもよい。
【００４７】
上述の熱型赤外線検出部３では、シリコン窒化膜３２のうち第１の薄膜構造部３ａのブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂ以外の部位が第１の赤外線吸収部３３を構成している。また、支持部３ｄは、熱酸化膜１ｂとシリコン窒化膜３２と層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０とで構成されている。
【００４８】
また、赤外線センサ１００は、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との積層膜が、半導体基板１の上記一表面側において、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１とＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２とに跨って形成されている。そして、赤外線センサ１００は、この積層膜のうち、熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に形成された部分が赤外線吸収膜７０（図６参照）を兼ねている。赤外線センサ１００では、赤外線吸収膜７０の屈折率をｎ２、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜７０の厚さｔ２をλ／４ｎ２に設定するようにしている。これにより、赤外線センサ１００は、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図れる。例えば、ｎ２＝１．４、λ＝１０μｍの場合には、ｔ２≒１．８μｍとすればよい。なお、本実施形態の赤外線センサ１００では、層間絶縁膜５０の膜厚を０．８μｍ、パッシベーション膜６０の膜厚を１μｍ（ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ）としてある。
【００４９】
また、各画素部２は、空洞部１１の内周形状が矩形状である。各画素部２における連結片３ｃは、図１に示すように、平面視Ｘ字状に形成されている。連結片３ｃは、第２の薄膜構造部３ａａの延長方向に交差する斜め方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、上記延長方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士、上記延長方向に直交する方向において隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結している。
【００５０】
赤外線センサ１００は、第１の薄膜構造部３ａが、複数の線状のスリット１３を設けることによって、空洞部１１の内周方向に沿って並設されそれぞれ熱型赤外線検出部３において空洞部１１を囲む部位である支持部３ｄから内方へ延長された複数の第２の薄膜構造部３ａａに分離されている。そして、赤外線センサ１００は、各第２の薄膜構造部３ａａごとにサーモパイル３０ａの温接点Ｔ１が設けられるとともに、各サーモパイル３０ａごとに出力を取り出す場合に比べて温度変化に対する出力変化が大きくなる接続関係で全てのサーモパイル３０ａが電気的に接続されているので、応答速度および感度の向上を図ることが可能となる。また、赤外線センサ１００では、隣接する第２の薄膜構造部３ａａ，３ａａ同士を連結する連結片３ｃが形成されていることにより、各第２の薄膜構造部３ａａの反りを低減でき、構造安定性の向上を図れ、感度が安定する。
【００５１】
サーモパイル３０ａは、シリコン窒化膜３２上で第２の薄膜構造部３ａａと支持部３ｄとに跨って形成された複数個（図１に示した例では、９個）の熱電対が直列接続されている。熱電対は、細長の第１熱電要素３４と、細長の第２熱電要素３５と、第１熱電要素３４および第２熱電要素３５の一端部同士を第１の薄膜構造部３ａにおいて電気的に接続した第１の接続部３６とで構成されている。ここで、サーモパイル３０ａは、対をなす第１熱電要素３４および第２熱電要素３５の各一端部と、これら一端部同士を接続した第１の接続部３６とで温接点Ｔ１を構成している。また、サーモパイル３０ａは、隣り合う熱電対の第１熱電要素３４の他端部および第２熱電要素３５の他端部と、半導体基板１の上記一表面側の支持部３ｄにおいて、これら他端部同士を接続した第２の接続部３７とで、冷接点Ｔ２を構成している。しかして、サーモパイル３０ａは、各温接点Ｔ１が半導体基板１から熱絶縁され、各冷接点Ｔ２が半導体基板１に熱結合されている。なお、第１熱電要素３４と第２熱電要素３５との一端部同士は、第２の赤外線吸収部３３ａの赤外線入射面側で第１の接続部３６により電気的に接続されている。
【００５２】
ここで、赤外線センサ１００は、図６、図９および図１０に示すように、第１の接続部３６と第２の接続部３７とが、半導体基板１の上記一表面側において、層間絶縁膜５０によって絶縁分離されている。すなわち、第１の接続部３６は、層間絶縁膜５０に形成したコンタクトホール５０ａ１，５０ａ２を通して、第１熱電要素３４および第２熱電要素３５それぞれの上記一端部と電気的に接続されている。また、第２の接続部３７は、層間絶縁膜５０に形成されたコンタクトホール５０ａ３，５０ａ４を通して、第１熱電要素３４および第２熱電要素３５それぞれの上記各他端部と電気的に接続されている。
【００５３】
本実施形態の赤外線センサ１００では、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５を、それぞれ、ｎ形多結晶シリコン層（ｎ形ポリシリコン層）、ｐ形多結晶シリコン層（ｐ形ポリシリコン層）により構成してあるが、これら以外により構成してもよい。例えば、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５は、それぞれ、ｎ形単結晶シリコン層、ｐ形単結晶シリコン層により構成してもよい。また、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５は、それぞれ、ｎ形多結晶シリコンゲルマニウム層、ｐ形多結晶シリコンゲルマニウム層により構成してもよい。また、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５は、それぞれ、ｎ形単結晶シリコンゲルマニウム層、ｐ形単結晶シリコンゲルマニウム層により構成してもよい。また、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５は、それぞれ、ｎ形多結晶ゲルマニウム層、ｐ形多結晶ゲルマニウム層により構成してもよい。また、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５は、それぞれ、ｎ形単結晶ゲルマニウム層、ｐ形単結晶ゲルマニウム層により構成してもよい。
【００５４】
第１の接続部３６および第２の接続部３７は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜、Ａｌ膜などからなる金属膜により構成することができる。
【００５５】
なお、赤外線センサ１００は、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５の各々において、上述のブリッジ部３ｂｂ，３ｂｂに形成されている部位および半導体基板１の上記一表面側のシリコン窒化膜３２上に形成されている部位でも赤外線を吸収することができる。
【００５６】
また、赤外線センサ１００は、図１に示すように、各熱型赤外線検出部３に、支持部３ｄと一方のブリッジ部３ｂｂと第２の赤外線吸収部３３ａと他方のブリッジ部３ｂｂと支持部３ｄとに跨るように引き回されたｎ形多結晶シリコン層からなる故障診断用配線（故障診断用のヒータ）１３９を設けて、全ての故障診断用配線１３９を直列接続してある。しかして、赤外線センサ１００は、ｉ×ｊ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電することで、ブリッジ部３ｂｂの折れなどの破損の有無を検出することが可能である。
【００５７】
要するに、赤外線センサ１００は、製造途中での検査時や使用時において、ｉ×ｊ個の故障診断用配線１３９の直列回路への通電の有無によって、ブリッジ部３ｂｂの折れや故障診断用配線１３９の断線などを検出することが可能である。また、赤外線センサ１００では、上述の検査時や使用時において、ｉ×ｊ個の故障診断用配線１３９の直列回路へ通電して各感温部３０の出力を検出することにより、感温部３０の断線の有無や感度のばらつき（感温部３０の出力電圧のばらつき）などを検知することが可能となる。感度のばらつきに関しては、画素部２ごとの感度のばらつきを検知することが可能であり、例えば、第１の薄膜構造部３ａの反りや第１の薄膜構造部３ａの半導体基板１へのスティッキングなどに起因した感度のばらつきを検知することが可能となる。ここで、赤外線センサ１００では、平面視において、故障診断用配線１３９を複数の温接点Ｔ１の群の付近において折り返され蛇行した形状としてある。したがって、赤外線センサ１００では、故障診断用配線１３９へ通電することにより発生するジュール熱によって、各温接点Ｔ１を効率良く温めることが可能となる。上述の故障診断用配線１３９は、ｎ形多結晶シリコン層からなる第１熱電要素３４およびｐ形多結晶シリコン層からなる第２熱電要素３５と同一平面上に同一厚さで形成されている。
【００５８】
上述の故障診断用配線１３９は、第１熱電要素３４と同じｎ形不純物（例えば、リンなど）を同じ不純物濃度（例えば、１０１８〜１０２０ｃｍ−３）で含んでおり、第１熱電要素３４と同時に形成されている。また、第２熱電要素３５については、ｐ形不純物として例えばボロンを採用すればよく、不純物濃度を例えば１０１８〜１０２０ｃｍ−３程度の範囲で適宜設定すればよい。本実施形態の赤外線センサ１００では、第１熱電要素３４および第２熱電要素３５それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であり、熱電対の抵抗値を低減でき、Ｓ／Ｎ比の向上を図ることが可能となる。なお、故障診断用配線１３９は、第１熱電要素３４と同じｎ形不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてあるが、これに限らず、例えば、第２熱電要素３５と同じ不純物を同じ不純物濃度でドーピングしてもよい。
【００５９】
赤外線センサ１００は、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５および故障診断用配線１３９の屈折率をｎ１、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５および故障診断用配線１３９それぞれの厚さｔ１をλ／４ｎ１に設定することが好ましい。これにより、赤外線センサ１００では、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ、高感度化を図ることが可能となる。例えば、ｎ１＝３．６、λ＝１０μｍの場合には、ｔ１≒０．６９μｍとすればよい。
【００６０】
また、赤外線センサ１００は、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５および故障診断用配線１３９それぞれの不純物濃度が１０１８〜１０２０ｃｍ−３であるので、赤外線の吸収率を高くしつつ赤外線の反射を抑制することが可能となる。これにより、赤外線センサ１００は、感温部３０の出力電圧のＳ／Ｎ比を高めることが可能となる。また、赤外線センサ１００では、故障診断用配線１３９を第１熱電要素３４と同一工程で形成できるから、低コスト化を図れる。
【００６１】
赤外線センサ１００は、空洞部１１の形状が、四角錐状であり、平面視における中央部の方が周部に比べて深さ寸法が大きくなっている。
【００６２】
ここで、図１の上下方向における真ん中の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図１および図７に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向に沿って温接点Ｔ１を並べて配置してある。これに対し、図１の上下方向における上側の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、図１および図８に示すように、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。また、図１の上下方向における下側の２つの第２の薄膜構造部３ａａでは、３つの第２の薄膜構造部３ａａの並設方向において真ん中の第２の薄膜構造部３ａａに近い側に温接点Ｔ１を集中して配置してある。しかして、本実施形態の赤外線センサ１００では、図１の上下方向における上側、下側の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置が、真ん中の第２の薄膜構造部３ａａの複数の温接点Ｔ１の配置と同じである場合に比べて、温接点Ｔ１の温度変化を大きくできるので、感度を向上させることが可能となる。なお、本実施形態の赤外線センサ１００では、空洞部１１の最深部の深さを所定深さｄｐ（図６参照）とするとき、所定深さｄｐを２００μｍに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。
【００６３】
本実施形態の赤外線センサ１００は、上述のように、サーモパイル３０ａよりも赤外線吸収率の高い材料からなり薄膜構造部３ａに設けられた均熱層３ｈを備えている。均熱層３ｈは、パッシベーション膜６０上に形成してあるが、これに限らず、例えば、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との間に介在させてもよい。均熱層３ｈは、金黒膜により構成しているが、これに限らず、アルマイトでもよい。例えば、波長が２〜２０μｍの赤外線に対して、金黒膜や、アルマイトの赤外線吸収率は、約９０％であり、サーモパイル３０ａのｎ形多結晶シリコン層やｐ形多結晶シリコン層の赤外線吸収率である約６０％よりも高い。したがって、赤外線センサ１００は、均熱層３ｈを金黒膜もしくはアルマイトにより構成することにより、例えば人体から放射される８〜１２μｍの赤外線を均熱層３ｈにおいて効率良く吸収することが可能となる。
【００６４】
赤外線センサ１００は、均熱層３ｈを第１の薄膜構造部３ａの平面視における中央部に設け、この中央部に設けた均熱層３ｈよりも第１の薄膜構造部３ａにおける支持部３ｄとの連結部位に近い側に各温接点Ｔ１を設けてある。要するに、赤外線センサ１００は、第１の薄膜構造部３ａの中央部の均熱層３ｈの近くに温接点Ｔ１が集まるように各画素部２におけるサーモパイル３０ａの平面レイアウトを設計してある。これにより、赤外線センサ１００は、均熱層３ｈの効果によって赤外線吸収で温度が上昇するエリアを広げることが可能となる。しかして、赤外線センサ１００は、従来例の赤外線センサ２００のように第１の薄膜構造部３ａの中央部に温接点Ｔ１を集中して設けてある場合に比べて、温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２との間の距離を短くしながらも、出力電圧の低下を抑制でき、高感度化を図ることが可能となる。その一方で、赤外線センサ１００は、温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２との間の距離を短くでき、サーモパイル３０ａの電気抵抗を低減できるので、低ノイズ化を図ることが可能となる。
【００６５】
赤外線センサ１００は、均熱層３ｈを、温接点Ｔ１における第１の薄膜構造部３ａの中央部側だけでなく、この中央部側とは反対側にも設けることが好ましい。これにより、赤外線センサ１００は、温接点Ｔ１と冷接点Ｔ２との間の距離を短くしながらも、出力電圧の低下をより抑制することが可能となる。
【００６６】
また、均熱層３ｈの表面には、赤外線の反射を抑制するための凹凸が設けられてなることが好ましい。これにより、赤外線センサ１００は、均熱層３ｈでの赤外線吸収率を更に高めることが可能となり、高感度化を図ることが可能となる。なお、均熱層３ｈの表面の凹凸は、例えば、凹部と凸部とが千鳥配置となるように設ければよい。
【００６７】
以下では、赤外線センサ１００の基本的な製造方法の一例について図１３〜図１６を参照して説明する。
【００６８】
赤外線センサ１００の製造にあたっては、まず、第２導電形のシリコン基板からなる半導体基板１を準備する。なお、半導体基板１としては、例えば、第２導電形のシリコン基板を用いる。また、半導体基板１は、ウェハの状態で準備する。
【００６９】
半導体基板１を準備した後には、半導体基板１の上記一表面側に第１の所定膜厚の第１のシリコン酸化膜３１と第２の所定膜厚のシリコン窒化膜３２との積層膜からなる絶縁層を形成する絶縁層形成工程を行う。絶縁層形成工程の後には、絶縁層パターニング工程を行うことによって、図１３（ａ）に示す構造を得る。第１の所定膜厚、第２の所定膜厚は、それぞれ、０．３μｍ、０．１６μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。絶縁層パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して絶縁層のうち熱型赤外線検出部３の形成用領域Ａ１に対応する部分の一部を残してＭＯＳトランジスタ４の形成用領域Ａ２に対応する部分をエッチング除去する。絶縁層形成工程において、第１のシリコン酸化膜３１は、半導体基板１を所定温度（例えば、１１００℃）で熱酸化することにより形成してあり、シリコン窒化膜３２は、ＬＰＣＶＤ法により形成している。また、絶縁層パターニング工程において、絶縁層のエッチングは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置により行っているが、エッチング装置は特に限定するものではない。
【００７０】
上述の絶縁層パターニング工程の後には、半導体基板１の上記一表面側に第１導電形であるｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１を形成するウェル領域形成工程を行う。ウェル領域形成工程の後には、半導体基板１の上記一表面側におけるウェル領域４１内に第１導電形であるｐ形（ｐ＋＋）のチャネルストッパ領域４２を形成するチャネルストッパ領域形成工程を行う。チャネルストッパ領域形成工程の後には、ＭＯＳトランジスタ４のしきい値電圧Ｖthを制御するためのイオン注入工程を行うことによって、図１３（ｂ）に示す構造を得る。ここで、ウェル領域形成工程では、まず、半導体基板１の上記一表面側の露出部位を所定温度で熱酸化することにより第２のシリコン酸化膜５１を選択的に形成し、その後、ウェル領域４１を形成するためのフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第２のシリコン酸化膜５１をパターニングする。ウェル領域形成工程では、第２のシリコン酸化膜５１をパターニングした後、第１導電形の不純物（ここでは、ｐ形の不純物であり、例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことにより、ウェル領域４１を形成する。また、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、ウェル領域形成工程において、ウェル領域４１の形成と同時に、ツェナダイオードＺＤの第１拡散領域８１（図１２参照）も形成するようにしている。また、チャネルストッパ領域形成工程およびイオン注入工程それぞれにおいてイオン注入後に、ドライブインを行うことで半導体基板１の上記一表面側を所定温度で熱酸化することにより第３のシリコン酸化膜５２を選択的に形成する。赤外線センサ１００では、第１のシリコン酸化膜３１と第２のシリコン酸化膜５１と第３のシリコン酸化膜５２とで、半導体基板１の上記一表面側の熱酸化膜１ｂを構成している。
【００７１】
上述のイオン注入工程の後には、第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のドレイン領域４３および第２導電形であるｎ形（ｎ＋）のソース領域４４を形成するソース・ドレイン形成工程を行う。このソース・ドレイン形成工程では、ウェル領域４１におけるドレイン領域４３およびソース領域４４それぞれの形成予定領域に第２導電形の不純物（ここでは、ｎ形の不純物であり、例えば、リンなど）のイオン注入を行ってから、ドライブインを行うことによって、ドレイン領域４３およびソース領域４４を形成する。また、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、ソース・ドレイン形成工程において、ドレイン領域４３およびソース領域４４の形成と同時に、ツェナダイオードＺＤの第２拡散領域８２（図１２参照）も形成するようにしている。
【００７２】
ソース・ドレイン形成工程の後には、半導体基板１の上記一表面側に例えば熱酸化により所定膜厚（例えば、６００Å）のシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜４５を形成するゲート絶縁膜形成工程を行う。ゲート絶縁膜形成工程の後には、半導体基板１の上記一表面側の全面にゲート電極４６、第２の配線１０２（図１参照）、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５および故障診断用配線１３９の基礎となるノンドープの半導体材料層を形成する半導体材料層形成工程を行う。半導体材料層形成工程の後には、半導体材料層をパターニングする半導体材料層パターニング工程を行う。半導体材料層形成工程では、ノンドープの半導体材料層として、例えば、ノンドープの多結晶シリコン層をＬＰＣＶＤ法により形成する。ここで、ノンドープの多結晶シリコン層は、ＬＰＣＶＤ法により形成した後、アニール処理を行うことで結晶性を向上させることが好ましい。このアニール処理のプロセス条件としては、例えば、アニール装置として、ランプアニール装置を用い、アニール温度を１１００℃、アニール時間を６時間とすることにより、多結晶シリコン層の結晶性を向上させることが可能になるとともに、このアニール処理の後の製造工程で結晶粒の結晶粒径の変化を抑制可能となる。アニール処理のプロセス条件について、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。ただし、このアニール処理の後の製造工程で結晶粒の結晶粒径の変化を抑制可能なプロセス条件であることが好ましい。また、本実施形態では、アニール処理の雰囲気を酸素ガス雰囲気としているが、雰囲気は酸素ガス雰囲気に限らず、例えば、窒素ガス雰囲気や真空雰囲気などでもよい。また、アニール処理は、ランプアニール装置を用いたランプアニールに限らず、例えば、レーザ装置を用いたレーザアニールでもよい。ノンドープの半導体材料層の所定膜厚は、０．４４μｍに設定してあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。半導体材料層パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して半導体材料層のうちゲート電極４６、第２の配線１０２、第１熱電要素３４、第２熱電要素３５および故障診断用配線１３９それぞれに対応する部分が残るように半導体材料層をパターニングする。半導体材料層パターニング工程の後には、ｐ形半導体層形成工程を行う。ｐ形半導体層形成工程では、半導体材料層のうち第２熱電要素３５に対応する部分にｐ形の不純物（例えば、ボロンなど）のイオン注入を行ってからドライブインを行うことにより第２熱電要素３５を形成する。ｐ形半導体層形成工程の後には、ｎ形半導体層形成工程を行うことによって、図１４（ａ）に示す構造を得る。ｎ形半導体層形成工程では、半導体材料層のうち第１熱電要素３４、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および第２の配線１０２に対応する部分にｎ形の不純物（例えば、リンなど）のイオン注入を行ってからドライブインを行うことにより第１熱電要素３４、故障診断用配線１３９、ゲート電極４６および第２の配線１０２を形成する。なお、半導体材料層形成工程では、半導体材料層の不要部分をＲＩＥ装置によりエッチングしているが、エッチング装置は特に限定するものではない。また、ｐ形半���体層形成工程とｎ形半導体層形成工程との順序は逆でもよい。
【００７３】
上述のｐ形半導体層形成工程およびｎ形半導体層形成工程が終了した後には、半導体基板１の上記一表面側に層間絶縁膜５０を形成する層間絶縁膜形成工程を行う。層間絶縁膜形成工程の後には、コンタクトホール形成工程を行うことによって、図１４（ｂ）に示す構造を得る。層間絶縁膜形成工程では、半導体基板１の上記一表面側に所定膜厚（例えば、０．８μｍ）のＢＰＳＧ膜を常圧ＣＶＤ法により堆積させてから、所定温度（例えば、８００℃）でリフローすることにより平坦化された層間絶縁膜５０を形成する。コンタクトホール形成工程では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して層間絶縁膜５０に各コンタクトホール５０ａ１，５０ａ２，５０ａ３，５０ａ４，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ（図９〜図１１参照）を形成する。また、コンタクトホール形成工程において、層間絶縁膜５０のうち熱酸化膜１ｂにおけるパッド８０の形成予定領域上に形成されている部分を除去するようにしている。また、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、コンタクトホール形成工程において、均熱層３ｈの凹凸表面のテクスチャ構造となる凹凸構造５０ｔを層間絶縁膜５０の表面に形成している。なお、コンタクトホール形成工程では、層間絶縁膜５０に、ツェナダイオードＺＤのカソード電極８４ａ，８４ｂ、アノード電極８３のそれぞれに対応するコンタクトホール５０ｇ，５０ｈ，５０ｉも形成する（図１２参照）。また、コンタクトホール形成工程では、ＲＩＥ装置によるドライエッチングを行ってから、ウェットエッチングを行うようにしている。これにより、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、後述の金属膜形成工程にて形成する金属膜のカバレッジ性を向上させることが可能となる。ドライエッチングの終了時は、層間絶縁膜５０のジャストエッチング時で管理するようにしているが、これはエッチング時間で管理してもよいし、周知の終点検出の方法（例えば、レーザ光を干渉させて膜厚変化を測定することでエッチングの終点を検出する方法など）を利用して管理してもよい。また、コンタクトホール形成工程でドライエッチングを行う際のエッチング装置は、ＲＩＥ装置に限らず、他のドライエッチング装置でもよい。
【００７４】
上述のコンタクトホール形成工程の後には、半導体基板１の上記一表面側の全面に金属膜（例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜など）を形成する金属膜形成工程を行う。金属膜形成工程では、第１の接続部３６、第２の接続部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、第４の配線１０４、第１の配線１０１、第３の配線１０３、各パッド８０、カソード電極８４ａ，８４ｂ、アノード電極８３などの基礎となる金属膜を形成する。金属膜は、例えば、スパッタ法などにより形成する。この金属膜の所定膜厚は、例えば、１μｍとしてあるが、この値は一例であり、特に限定するものではない。金属膜形成工程の後には、金属膜パターニング工程を行うことによって、図１５（ａ）に示す構造を得る。この金属膜パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることで、第１の接続部３６、第２の接続部３７、ドレイン電極４７、ソース電極４８、第４の配線１０４、第１の配線１０１、第３の配線１０３、各パッド８０、カソード電極８４ａ，８４ｂ、アノード電極８３などを形成する。金属膜パターニング工程におけるエッチングは、ＲＩＥ装置により行っているが、エッチング装置は特に限定するものではない。また、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、この金属膜パターニング工程を行うことにより、温接点Ｔ１および冷接点Ｔ２が形成される。
【００７５】
金属膜パターニング工程の後には、半導体基板１の上記一表面側（つまり、層間絶縁膜５０の表面側）にパッシベーション膜６０を形成するパッシベーション膜形成工程を行うことによって、図１５（ｂ）に示す構造を得る。パッシベーション膜形成工程では、例えば、所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＰＳＧ膜と所定膜厚（例えば、０．５μｍ）のＮＳＧ膜との積層膜からなるパッシベーション膜６０を常圧ＣＶＤ法により形成する。
【００７６】
パッシベーション膜形成工程の後には、均熱層３ｈを形成する均熱層形成工程を行う。均熱層３ｈを金黒膜により構成する場合には、半導体基板１の上記一表面側に金黒膜を蒸着法などによって形成してから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用したパターニングを行えばよい。また、均熱層３ｈをアルマイトにより構成する場合には、例えば、半導体基板１の上記一表面側にアルマイトの基礎となるアルミニウム膜もしくはアルミニウム合金膜を蒸着法やスパッタ法などによって形成してから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用したパターニングを行い、続いて、アルミニウム膜もしくはアルミニウム合金膜を陽極酸化することによりアルマイトを形成すればよい。ところで、上述のように、赤外線センサ１００は、均熱層３ｈをアルマイトにより構成し、且つ、層間絶縁膜５０とパッシベーション膜６０との間に均熱層３ｈを介在させた構成を採用してもよい。この場合、赤外線センサ１００の製造方法では、上述の金属膜パターニング工程において、金属膜の一部を均熱層３ｈの基礎となるアルミニウム合金膜（Ａ−Ｓｉ膜）として残し、この金属膜の一部を陽極酸化することによりアルマイトを形成するような製造プロセスを採用することもできる。
【００７７】
パッシベーション膜形成工程および均熱層形成工程の後には、第１のシリコン酸化膜３１、シリコン窒化膜３２、層間絶縁膜５０、パッシベーション膜６０などを有する積層構造部をパターニングする積層構造部パターニング工程を行うことによって、図１６（ａ）に示す構造を得る。本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、積層構造部パターニング工程を行うことにより、第１の薄膜構造部３ａ、第２の薄膜構造部３ａａ、連結片３ｃおよび各スリット１３，１４を形成している。積層構造部パターニング工程では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して積層構造部をパターニングしている。ここで、積層構造部パターニング工程におけるエッチングは、ＲＩＥ装置により行っているが、エッチング装置は特に限定するものではない。
【００７８】
積層構造部パターニング工程の後には、パッシベーション膜６０に各パッド８０を各別に露出させる各開口部（図示せず）を形成する開口部形成工程を行う。開口部形成工程では、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して各開口部を形成する。開口部形成工程におけるエッチングは、ＲＩＥ装置により行っているが、特にエッチング装置やエッチング方法を限定するものではない。
【００７９】
開口部形成工程の後には、半導体基板１に空洞部１１を形成する空洞部形成工程を行うことで、図１６（ｂ）に示す構造の赤外線センサ１００を得る。空洞部形成工程では、各スリット１３，１４をエッチング液導入孔としてエッチング液を導入し半導体基板１を異方性エッチング（結晶異方性エッチング）することにより空洞部１１を形成する。この空洞部形成工程では、エッチング液として所定温度（例えば、８５℃）に加熱したＴＭＡＨ溶液を用いている。ＴＭＡＨ溶液としては、Ｓｉを溶解させたものが好ましい。これにより、空洞部形成工程において、マイクロピラミッドが形成されてエッチングがストップしてしまうのを抑制することが可能となる。エッチング液は、ＴＭＡＨ溶液に限らず、他のアルカリ系溶液（例えば、ＫＯＨ溶液など）を用いてもよい。なお、空洞部形成工程が終了するまでの全工程はウェハレベルで行うので、空洞部形成工程が終了した後、個々の赤外線センサ１００に分離（裁断）する分離工程を行えばよい。要するに、本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法は、ウェハプロセス（前工程とも呼ばれる）を前提としており、半導体基板１の基礎となるウェハ（図示せず）から複数個の赤外線センサ１００を製造する。
【００８０】
以上説明した本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法では、高感度化および低ノイズ化を図ることが可能な赤外線センサ１００を提供することが可能となる。
【００８１】
（実施形態２）
以下では、本実施形態の赤外線センサ１００について図１７および図１８に基づいて説明する。
【００８２】
本実施形態の赤外線センサ１００は、薄膜構造部３ａ（第１の薄膜構造部３ａ）に断熱用スリット３ｉが設けられている点が実施形態１の赤外線センサ１００と相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素については、同様の符号を付して説明を適宜省略する。
【００８３】
本実施形態の赤外線センサ１００は、実施形態１の赤外線センサ１００と同様、均熱層３ｈを、温接点Ｔ１における第１の薄膜構造部３ａの中央部側だけでなく、この中央部側とは反対側にも設けてある。
【００８４】
本実施形態の赤外線センサ１００では、薄膜構造部３ａにおいて、第１の薄膜構造部３ａの中央部側の均熱層３ｈからの熱を、各温接点Ｔ１が設けられた領域へ流れやすくするための断熱用スリット３ｉを薄膜構造部３ａに設けてある点が実施形態１とは相違する。断熱用スリット３ｉは、薄膜構造部３ａの厚み方向に貫通しており、空洞部１１と連通している。また、本実施形態の赤外線センサ１００では、薄膜構造部３ａに形成されているスリット１３およびスリット１４それぞれが、第１の薄膜構造部３ａの中央部側とは反対側の均熱層３ｈからの熱を各温接点Ｔ１へ流れやすくする断熱用スリットを構成している。
【００８５】
図１８中の矢印は、本実施形態の赤外線センサ１００における均熱層３ｈから熱の流れの経路（熱伝達経路）を模式的に示したものであり、図１９中の矢印は実施形態１の赤外線センサ１００における均熱層３ｈからの熱の流れの経路を模式的に示したものである。本実施形態の赤外線センサ１００では、実施形態１の赤外線センサ１００に比べて、各温接点Ｔが設けられていない領域を通る熱を低減でき、均熱層３ｈからの熱が、各温接点Ｔ１が設けられた領域へ、より流れやすくなる。
【００８６】
これにより、本実施形態の赤外線センサ１００は、実施形態１の赤外線センサ１００よりも高感度化を図ることが可能となる。
【００８７】
本実施形態の赤外線センサ１００の製造方法は、実施形態１で説明した赤外線センサ１００の製造方法と略同じであり、スリット１３の形成時に断熱用スリット３ｉを形成する点が相違するだけである。
【００８８】
上述の赤外線センサ１００では、半導体基板１として上記一表面が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いて、エッチング速度の結晶面方位依存性を利用した異方性エッチングにより形成する空洞部１１を四角錐状の形状としてあるが、四角錐状の形状に限らず、四角錐台状の形状でもよい。また、半導体基板１の上記一表面の面方位は特に限定するものではなく、例えば、半導体基板１として上記一表面が（１１０）面の単結晶のシリコン基板を用いてもよい。
【００８９】
また、半導体基板１の導電形は、ｎ形に限らず、例えば、図２０〜図２２に示すようにｐ形でもよい。図２０は、ｐ形の半導体基板１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ＋）とする例である。また、図２１は、ｐ形の半導体基板１に形成したｐ形（ｐ＋）のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｎ形（ｎ＋）とする例である。また、図２２は、ｐ形の半導体基板１に形成したｎ形のウェル領域４１がチャネル形成用領域を構成し、ドレイン領域４３およびソース領域４４の導電形をｐ形（ｐ＋）とする例である。
【００９０】
なお、上述の赤外線センサ１００において、半導体基板１の空洞部１１は、半導体基板１の厚み方向に貫通する形で形成してもよく、この場合は、空洞部１１を形成する空洞部形成工程において、半導体基板１の上記一表面とは反対の他表面側から、半導体基板１における空洞部１１の形成予定領域を、例えばＩＣＰ型のドライエッチング装置を用いた異方性エッチング技術を利用して形成すればよい。また、赤外線センサ１００は、熱電変換部である感温部３０を具備する複数の画素部２が半導体基板１の一表面側においてアレイ状に配置されているが、構造は特に限定するものではなく、感温部３０を構成するサーモパイル３０ａの数も複数に限らず、１つでもよい。また、赤外線センサ１００は、感温部３０を１つだけ備えたものでもよい。
【符号の説明】
【００９１】
１  半導体基板
３  熱型赤外線検出部
３ａ  薄膜構造部
３ｄ  支持部
３ｈ  均熱層
３ｉ  断熱用スリット
１１  空洞部
１３  スリット（断熱用スリット）
３０ａ  サーモパイル
Ｔ１  温接点
Ｔ２  冷接点
１００  赤外線センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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